Creación de Prototipos de Drones: Pasos Clave y Qué Esperar

Conquistar el cielo ha sido una de las mayores batallas de la humanidad desde tiempos antiguos. Nuestros ancestros nos advirtieron que el cielo puede ser un enemigo peligroso. Recordemos la leyenda de Ícaro, un niño que quería volar como un pájaro tanto que su padre le hizo alas de plumas de pájaro y cera. Voló cada vez más alto hasta que el sol derritió la cera y cayó hasta su muerte. Esta historia nos da dos lecciones importantes:

1. Siempre haga prototipos mecánicos o funcionales de sus aviones y pruébelos diligentemente;

2. Intente probarlos sin estar dentro. O consiga un paracaídas al menos.

Afortunadamente, la fabricación moderna e ingeniería aérea nos dan la oportunidad de hacer ambas. Podemos controlar nuestros prototipos de aeronaves remotamente y podemos crear prototipos en poco tiempo.

¿Qué son los drones?

Los drones se han convertido en los aviones de aficionados definitivos. Son ligeros, pequeños, fáciles de volar y realmente puede fabricarlos personalmente, lo que atrae a muchas personas a las que les gusta trastear con mecanismos. Sin embargo, los drones existían mucho antes. La primera mención de ellos data de los años 1920.

Los primeros intentos de hacer drones no han sido exitosos. Hubo muchos inventores separados que lograron crear prototipos de helicópteros con 4-6 motores de rotorcraft. Estos aviones eran demasiado inestables, no sincronizados y tensionaban demasiado al piloto, por lo que su desarrollo fue abandonado en su mayoría hasta tiempos recientes.

Con los desarrollos modernos en aeronáutica y electrónica, las dificultades técnicas previas con las funciones de drones han sido superadas en su mayoría. Los drones se volvieron no tripulados ya que el problema del piloto era el único que quedaba. Sin embargo, ya no hay necesidad de un piloto. Solo puede montarlo con una cámara y obtener un control remoto. La electrónica moderna hace el diseño de este vehículo realmente simple así que muchas personas hacen drones como pasatiempo o los compran para hacer grandes films, arte, entregar cosas o incluso espiar a los vecinos, quién sabe. Incluso hay una historia de un hombre que decidió inmortalizar a su gato haciéndolo un quadcopter.

¿En qué consiste un drone?

Un drone típico tiene los siguientes elementos que determinan su funcionalidad:

1. Estructura/Chasis. Esta es la parte principal y la más importante. Mantiene todos los objetos funcionales juntos, determina la fuerza general de la estructura y afecta las propiedades aeronáuticas del dispositivo. Hablaré mayormente de esta parte ya que es prácticamente la única que tendrá que diseñar y fabricar usted mismo o con el uso de un taller de prototipado (lo cual es altamente aconsejado si no tiene formación en ingeniería ya que, al final, será más barato y rápido ya que los fabricantes de prototipos crearán un chasis de alta calidad, elegirán los materiales mejor y le aconsejarán sobre el diseño)
2. Motores. Puede necesitar 4-8 motores dependiendo de cuántos rotorcrafts querrá. El motor determina qué tan rápido giran las aspas del drone y así, su capacidad de potencia. Hay muchos fabricantes de motores que ofrecen soluciones baratas y confiables.
3. Controles de velocidad electrónicos. Estos son los dispositivos que sincronizarán sus hélices y evitarán que su drone actúe de forma loca. También son muy baratos y fáciles de encontrar.
4. Hélices/Propulsores. Ahora, estas son las partes móviles principales del propulsor. Sus aspas tienen geometría compleja y su tamaño y forma dependerán del peso y tamaño del chasis así que probablemente tendrá que pedirlos junto con el chasis.
5. Baterías, conectores y controles. Algunas partes electrónicas más pequeñas serán necesarias para operaciones secundarias. Como conectores, baterías y un receptor con control remoto para volar el drone. Probablemente necesitará una cámara también ya que volar el drone sin una es como caminar con una pierna.

Como puede ver, la industria moderna ofrece muchas soluciones preparadas para la fabricación de drones. Dado que hacer dispositivos electrónicos es un proyecto complejo y costoso en sí mismo, aconsejo que simplemente compre las partes existentes, ya sea que sea un aficionado o planee vender las cosas. Si sus ventas crecen, entonces puede pensar en hacer sus propios circuitos. Con eso, nos quedamos con dos partes principales fabricadas a medida que son esenciales para el rendimiento del drone. Seguro, tendrá que hacer algunos conectores adicionales y recintos de batería. Sin embargo, su diseño no plantea problema y puede imprimirse en 3D con un chasquido de dedos.

Cómo hacer chasis personalizados de drones

Así que, los chasis son realmente importantes para la estabilidad y estructura general del drone. A medida que aprende a volar su aeronave, seguro se estrellará contra cosas y dañará el chasis, así que también debería ser fácil de reemplazar o arreglar.

Actualmente, hay un número de diseños posibles de chasis de drones dependiendo del número de hélices que querrá. Cuantas más hélices, más estable será el drone pero más pesado también. Los parámetros más cruciales son rigidez y peso. Por eso los materiales más extendidos son los siguientes:

1. Madera. El material más barato que es el más fácil de procesar y puede formarse en el chasis con las herramientas más simples. La apariencia y fiabilidad de tal drone no son altas. Es fácil de reemplazar pero espere que se rompa al menor impacto. Básicamente, es una buena opción para aficionados. El chasis usualmente se mecaniza en torno de madera o con instrumento más simple y luego se pega junto.

2. Plástico. Es la opción más obvia. Muchos polímeros son ligeros, tienen alta resistencia a la tracción y, lo mejor, pueden procesarse rápidamente usando tecnologías modernas. Por ejemplo, chasis de plástico pueden fabricarse usando impresión 3D o técnicas de prototipado de Fundición de Uretano. Esto lo hace una opción realmente buena para crear prototipos de modelos de drones comerciales. Puede hacer fácilmente un lote pequeño con técnicas RP, ensamblarlos y conducir pruebas. Y, cuando esté listo, pedir un molde de inyección.

3. Aluminio. Debería elegir este material para hacer los sistemas más duraderos y robustos, que resistirán mucho estrés. También es el más pesado de los materiales. Usualmente, tal chasis será mecanizado CNC. Debería usar chasis de aluminio solo si crea drones industriales profesionales. O si ya ha conducido pruebas y aprobado el diseño, y quiere que su drone se vea realmente bien y brillante.

Hagamos hélices

Las hélices son las partes más complejas del diseño del drone. Tiene que calcular realmente su geometría dependiendo del peso de su drone para alcanzar el empuje requerido. Afortunadamente, hay muchos servicios que le ayudarán a hacerlo. Si encuentra la geometría demasiado compleja, siempre puede pedir las aspas de un taller de prototipado, donde ingenieros competentes diseñarán, calcularán y fabricarán las hélices perfectas.

Así que, obviamente, el diámetro es importante. Cuanto más grandes las aspas, más aire puede bombear el propulsor. Sin embargo, debe notar que las hélices necesitan estar sincronizadas para evitar que se golpeen entre sí. Por eso hélices más grandes dan peor maniobrabilidad. Debe elegir lo que le conviene mejor: mayor carga del drone o mejor maniobrabilidad.

El ángulo de ataque es otra característica importante de la aspa. Es básicamente en qué ángulo el propulsor golpea el aire y lo desvía. Cuanto más grande, mejor la eficiencia de la aspa, sin embargo, se requiere motor más grande ya que las fuerzas del viento serán mayores. El ángulo de ataque se vuelve menor más cerca del centro de hélices que tienen paso constante. Sin embargo, con un ángulo de ataque alternante, la geometría del propulsor se vuelve demasiado compleja.

Las aspas del propulsor son mayormente impresas en 3D o fundidas usando formas de silicona como los chasis de plástico ya que esos métodos son los más eficientes en lograr geometría compleja con bajos costos y tiempo. Las aspas se post-procesan después porque un buen acabado superficial reduce la vibración del drone en vuelo.

Debe recordar balancear las hélices también. Es un proceso fácil. Puede hacerlo con un lápiz y un cuchillo. Solo monte la aspa en un lápiz que esté puesto horizontalmente. El propulsor lo más probable girará alrededor de su eje. Así que corte un poco de la raíz de la aspa, que tiende a quedarse en el área inferior del lápiz. Repita esto hasta que la aspa no gire cuando la monte en el lápiz.